精密单点定位（PPP）技术在实际生产中的应用研究

卫玉浩 高雅萍等

摘 要：文章介绍精密单点定位技术的定位原理，结合具体实践，试验分析其可靠性，提出在测量中的具体工程应用方法。精密单点定位具有传统单点定位的灵活性和相对定位的高精度特点，从而节省了寻找和联测国家等级控制点的大量工作，保证了控制精度，提高了工作效率。

关键词：精密单点定位；GPS差分定位；精度

1 概述

GPS自投入使用以来，其相对定位的定位方法是快速增长，因为第一个代码相对定位RTK和差异的相对定位，GPS相对定位的精度不断提高。但发展缓慢绝对定位是一个单点定位，PS单点定位是使用传统的G代码伪距观测和测量卫星广播星历的轨道参数和卫星时钟调整的数量。

2 精密单点定位

2.1 精密单点定位原理及优势

全球定位系统（GPS）的诞生以来，定位技术大致经历了以下几个阶段：静态相对定位，准静态绝对定位，相对定位，动态相对定位和实时动态相对定位（RTK），精密单点定位（PPP）。在传统的GPS应用程序中，通常使用相对定位的操作模式，消除形式双差观测数据接收机时钟误差、卫星时钟误差的公共和削弱对流层延迟，电离层延迟误差相关性强的影响力达到提高精度的目的。这种操作方式不考虑复杂的误差模型，计算模型简单、定位精度高的优势[1]。但也有一些缺点，比如操作需要至少一个接收器在一个已知的现场观察，影响工作效率，增加了运营成本。此外随着距离的增加，电离层延迟、对流层延迟误差相关性减弱，必须相应地延长时间的观察来达到预期的精度。

精密单点定位（Precise Point Positioning）是一种高精密单点定位技术，它只使用一个双频GPS接收器，结合从IGS站下载精密星历和精密钟差文件，使用观察的伪距和载波相位观测值计算[2]，可以在全球任何地方高精度定位静态或动态的基础上。与传统的单点定位绝对相比，使用精密单点定位（PPP）不是广播星历，但IGS提供了精确的轨道和卫星时钟误差，它的绝对精度比传统的单点定位精度较高。与相对定位相比，精密单点定位有一个站可以工作，没有基线长度的限制，可以单历元算法，直接访问的3d坐标点或ITRF框架下（WGS-84坐标）的优点。[3]

在精密单点定位中，通常采用双频无电离层组合观测值组成观测方程：

lp=ρ+c（dt-dT）+M-zpd+εp

l=ρ+c（dt-dT）+amd+M-zpd+ε （1）

其中：lp为P1和P2的无电离层伪距组合观测值；l为L1和L2无电离层相位组合观测值（距离）；dt为地面GPS接收机钟差；dT为GPS卫星钟差；c为真空中的光速；amd为无电离层组合相位观测值（距离）的模糊度（不具有整数特性）；M为投影函数，zpd为天顶方向对流层延迟改正参数，εp和ε分别为两种组合观测值的观测噪声和多路径误差；ρ为测站（Xr，Yr，Zr）和GPS卫星（Xs，Ys，Zs）间的几何距离：

ρ=（Xs-Xr）2+（Ys-Yr）2+（Zs-Zr）2 （2）

将（1）式线性化后可得到观测误差方程：

V=AδX+W （3）

式中：A为设计矩阵，δX为待估参数，其中包括测站坐标、接收机钟差、无电离层组合模糊度及对流层天顶延迟改正参数。

2.2 精密单点定位实际应用

2.2.1 工程简介

本次数据来自于甘肃省陇南市武都区某个两水隧道斜井的测量项目。本次观测采用单台GNSS双频接收机进行外业观测，选取控制网中一个点进行观测，最少观测一个时段，时段长度可选6～12h，也可与控制网中其它点一起进行同步观测。

本次精密单点定位数据解算是采用RTKLIB软件，结合在IGS站下载的当天的事后精密星历文件、精密钟差文件、地球定向参数、接收机天线相位中心偏差文件进行解算，其配置界面如图1所示。

2.2.2 研究方案设计

（1）分别利用甘肃省某个两水隧道斜井的测量项目中的数据，采用PPP技术及常规GPS网两种作业方案对同一测区、同一批工作点分别进行观测。

（2）对两组处理结果经过分析统计，进行精密单点定位技术在实际工程中的应用可行性研究。通过分析比较2014年11月、12月和2015年1月、2月、3月五个月的常规GPS静态解算数据和精密单点结算数据的绝对误差以及相对误差，以确定精密单点定位是否适用于具体工程。

3 具体实施

利用精密单点定位（PPP）方法供布设3个工作基点，各点观测时间为20h，观测不受距离及同步环影响；传统GPS网方法布设4个控制点编号GP01～GP04，联测埋设的9个监测点编号GZ01～GZ09，观测时间不低于1h，同步观测不低于3个点。

4 观测数据处理

4.1 常规GPS静态网平差解算

常规GPS静态采用HGO软件進行解算与平差。本次测区中的山体由于体坡度陡、高差大，高差引起的边长变形值较大，为便于数据比较分析，投影面高程设为海拔1440米，按高斯-克吕格3度带方式投影，椭球体GRS1980（IUGG1980）参数a：1378137m，1/f：298.257222101。中央子午线设为105度时，该投影方式引起的变形值在1.3mm/km左右，山体位置的投影变形值相对较小且近似均匀，故GPS控制网中央子午线设为105度。平面基准网数据处理时，将JD1、JD2的边长投影至1440m，再进行平差，获得基准网GP01～GP04的坐标后，以GP01～GP03作为基准网的起算边。

天宝GPST01数据导为rinex格式，采用HGO进行处理，根据GPS网形，采用GP01、GP03、GP04对整个工作基点网强制约束平差。

4.2 常规GPS静态网平差结算结果

经过解算后工作点GZ02平面坐标见表1。

5 精度对比分析

5.1 平面坐标对比分析

通过对GZ02常规GPS解算数据与精密单点定位解算数绝对误差的对比见表2。可以看出x最大误差为6.82cm，最小误差为0.26cm，y最大误差为9.49cm，最小误差为4.33cm。对GP01-GZ02的用常规GPS解算得到的基线长度以及精密单点定位得算出的基线长度的相对误差分析如表3，可以看出两种方法的基线长度的相对误差最大为11mm最小为1.1mm，符合精度要求，可得出结论：精密单点定位适用于普通测量的平面位置测量。

5.2 结论

通过GPS相对定位监测解算数据与精密单点定位解算数据的绝对误差和相对误差对比分析，处于同等观测环境条件下的GPS精密单点定位技术完全可用普通测量工作中。

6 结束语

GPS精密单点定位技术不受传统GPS测量中GPS网型和基准站的影响，可单站独立作业，而且可以独立分析各监测点的变形特征。精密单点定位作为一种新的定位方式，具有传统单点定位的灵活性和相对定位的高精度特点。节省了人力，保证了控制精度，提高了工作效率。

参考文献

[1]韦建超.GPS精密单点定位的数据处理研究[D].中南大学，2007.

[2]韦克.单频GPS精密单点定位研究[D].长安大学，2010.

[3]王虎.GPS精密单点定位中电离层延迟改正模型的研究与分析[D].中南大学，2008.

[4]季朝亮，齐中华，张力仁，等.利用精密单点定位（PPP）方法在黑龙江省进行1∶10000像片控制测量的精度分析[J].测绘与空间地理信息，2014，10：234-236+242.